JP2007022058A - 導電性皮膜被覆金属板 - Google Patents

Abstract

【課題】導電性を有するとともに、溶接性および熱放射性にも優れた導電性皮膜を被覆した鋼板を提供する。
【解決手段】めっきを施した鋼板に、炭素質を分散させた水系樹脂を塗布し乾燥して導電性皮膜を被覆し、導電性皮膜被覆鋼板とする。
【選択図】なし

Description

本発明は、導電性を有し、熱放射性にも優れた導電性皮膜が被覆された鋼板又はアルミニウム板に関する。特に、熱放熱性、シールド性が要求されるＬＣＤ（Liquid Crystal Display）のバックライトシャーシやＰＤＰ（Plasma Display Panel）の固定板に関する。

家電製品や事務用機器などの外装材として用いられる鋼板において、美観上の観点から表面を黒色化した鋼板が求められ、さらに溶接性や帯電防止性の観点から導電性を有することも求められる。表面を黒色化して溶接が可能な鋼板としては、主としてＺｎやＺｎ合金をめっきした鋼板上に、カーボンブラックなどの黒色顔料を含む樹脂皮膜を形成したものが用いられる。黒色顔料を含む樹脂皮膜を形成することにより十分な黒色を発現させるためには黒色皮膜の厚さを大きくする必要があるが、皮膜厚さが大きくなると皮膜の導電性が低下して溶接が不可能になる欠点があった。また、最近では家電製品や事務用機器などにおいては、内部回路を保守する観点から機器内部に発生する熱を放出させるために、外装用の鋼板として熱放射性に優れたものも求められるようになってきている。

これらの問題点を解決するため、有機皮膜中にカーボンブラックと一定範囲の粒径を有する固形潤滑剤を含有させ、かつ有機皮膜の厚さと固形潤滑剤の平均粒径の比を一定範囲とした皮膜をＺｎめっき鋼板やＺｎ系合金めっき鋼板に被覆することにより、一定範囲の明度Ｌ値を有するダークグレーの均一で美麗な外観を有する表面処理鋼板を提案している（例えば特許文献１参照）。

また、Ｌ値が５６以下であるグレーの色調を有する合金Ｚｎめっきなどの金属板にカーボンブラックのみを含有する黒色皮膜を被覆した黒色金属板を提案している（例えば特許文献２参照）。しかし、これらの表面処理鋼板や黒色金属板は色調がグレーであるものの、Ｌ値が高いために所望の黒色度を得るためには、Ｚｎ系合金めっき鋼板などの色調を隠蔽するために、被覆する黒色皮膜の厚さをある程度まで厚くせざるを得ず、導電性が不十分となり、十分な溶接性が得られない。

本出願に関する先行技術文献情報として次のものがある。
特開平０７−０３４２６０号公報 特開２００１−００９９６６号公報

本発明は、導電性を有するとともに、熱放射性にも優れた導電性皮膜を被覆した鋼板又はアルミニウム板を提供することを目的とする。

上記の目的を達成する本発明の導電性皮膜被覆鋼板は、鋼板上に下から順に、めっき層、化成処理皮膜層、体積抵抗率が１０^３〜１０^６Ω・ｃｍである導電性皮膜を形成してなる導電性皮膜被覆鋼板（請求項１）であり、
上記（請求項１）の導電性皮膜被覆鋼板において、前記めっき層がＺｎめっき、Ｓｎめっき、Ｎｉめっき、Ｚｎ−Ｃｏ−Ｍｏ合金めっきのいずれかであること（請求項２）を特徴とし、また
上記（請求項１または２）の導電性皮膜被覆鋼板において、前記導電性皮膜表面の２端子法による抵抗値が１０^−２〜１０^６Ωであること（請求項３）を特徴とし、また
上記（請求項１〜３）のいずれか導電性皮膜被覆鋼板において、前記導電性皮膜のＪＩＳ Ｋ ７１９４に基づく４探針法による抵抗値が１０^−５〜１０^−１Ωであること（請求項４）を特徴とし、また
上記（請求項１〜４）のいずれかの導電性皮膜被覆鋼板において、Ｌ^＊値が３０以下であること（請求項４）を特徴とし、また
上記（請求項１〜５）のいずれかの導電性皮膜被覆鋼板において、グロス値が２５以下であること（請求項６）を特徴とし、また
上記（請求項１〜６）のいずれかの導電性皮膜被覆鋼板において、放射率が０．５以上であること（請求項７）を特徴とし、また
上記（請求項１〜７）のいずれかの導電性皮膜被覆鋼板において、前記導電性皮膜が、炭素質を分散させてなる水系樹脂を塗布し乾燥して得られること（請求項８）を特徴とする。
また、本発明によれば、アルミニウム板（アルミニウム合金板を含む）上に、体積抵抗率が１０³〜１０⁶Ω・ｃｍである導電性皮膜を形成して成る導電性被覆アルミニウム板が提供される。

本発明の導電性皮膜被覆鋼板は、めっきを施した鋼板に炭素質を分散させた水系樹脂を塗布し乾燥して導電性皮膜を被覆したものであり、皮膜中に炭素質が多量に含有しているので、皮膜全体および皮膜表面において優れた導電性を示し溶接が可能であり、帯電防止機能も有している。また薄膜でも十分な黒色を呈するために放射率が高く優れた熱放射性を示す。

以下、本発明の内容を説明する。本発明においては皮膜全体および皮膜表面において導電性を有しかつ優れた溶接性を得るために、鋼板上に被覆する導電性皮膜を可能な限り薄膜化しつつ、かつ十分な黒色を呈して優れた熱放射性を可能とすることを目的とする。

鋼板としては、電気めっき鋼板、溶融亜鉛めっき鋼板、溶融亜鉛‐アルミニウム合金めっき鋼板、溶融亜鉛‐アルミニウム‐マグネシウム合金めっき鋼板、溶融アルミニウム鋼板、蒸着アルミニウムめっき鋼板、溶融亜鉛めっき後、熱処理した合金化溶融亜鉛めっき鋼板など公知の表面処理鋼板が適用できる。また、軽量でかつ高強度が要求される鋼板の場合、成分として重量％で、Ｃ：０．０８〜０．６０％、Ｓｉ：１．０〜３．０％、Ｍｎ：０．５〜３．０％、Ｐ：≦０．０６％、Ｓ：≦０．０６％、Ａｌ：≦０．１％、Ｎ：０．００１０〜０．０１５０％、残部Ｆｅおよび不可避的な不純物よりなる冷延鋼板、あるいは成分として重量％で、Ｃ：０．０３〜０．２０％、Ｓｉ：≦０．５％、Ｍｎ：０．５〜３．０％、Ｐ：≦０．１％、Ｓ：≦０．０６％、Ａｌ：≦０．１％、Ｎ：０．００１０〜０．０１６０％、残部Ｆｅおよび不可避的な不純物よりなる冷延鋼板をめっき用原板として用いる。後者の鋼成分を有する冷延鋼板の場合、重量％で、Ｔｉ：０．０１〜０．２％、Ｎｂ：０．０５〜０．１％およびＢ：０．００１〜０．０１％の内、１種または２種を更に含有しても良い。さらに、平均粒径が５μｍ〜１２μｍのフェライトと、平均粒径が５μｍ以下のマルテンサイトであって体積率が３０％以下のマルテンサイトからなる組織を有することが望ましい。その他、電気めっき鋼板としては炭素量が０．００１〜０．３重量％の低炭素アルミキルド鋼の冷間圧延板、またはこれを焼鈍し、調質圧延を施したものを用いる。めっきとしては、Ｚｎめっき、Ｓｎめっき、Ｎｉめっき、Ｚｎ−Ｃｏ−Ｍｏ合金めっきのいずれかのめっき層を形成させる。めっき量としては３〜３０ｇ／ｍ^２であることが好ましい。３ｇ／ｍ^２未満ではめっき下地の鋼板の光沢面を十分に隠蔽できない。３０ｇ／ｍ^２ を超えると隠蔽効果は飽和し、経済的に不利となる。めっき層としてＺｎ−Ｃｏ−Ｍｏ合金めっき層を形成させる場合、めっき浴として公知の硫酸亜鉛、硫酸コバルト、モリブデン酸アンモニウムを含有する水溶液に、光沢剤として有機窒素化合物を含有させたものを用いるが、めっき浴中の有機物の含有量によってめっき層の暗色化の程度が異なるめっき皮膜を得ることができる。

次いで上記のいずれかのめっき層上に、ジルコニウム系の化成処理皮膜層を形成させる。化成処理皮膜層はめっき鋼板と導電性皮膜の密着性、特に加工密着性を向上させるために設ける。加工密着性の観点からはクロム系の化成処理皮膜層を設けることが好ましいが、作業環境や使用環境の観点からはジルコニウム系の化成処理などの非クロム系の化成処理による皮膜層を設けることが好ましい。ジルコニウム系の化成処理皮膜層を形成させる場合は、皮膜量としては蛍光Ｘ線法を用いて測定されるＺｒ量として０．１〜１０ｍｇ／ｍ^２であることが好ましく、０．５〜３ｍｇ／ｍ^２であることがより好ましい。０．１ｍｇ／ｍ^２未満および１０ｍｇ／ｍ^２を超える場合は加工密着性が不良となり、好ましくない。

このようにして得られる化成処理皮膜層を形成させためっき鋼板上に導電性皮膜を形成して、本発明の導電性皮膜被覆鋼板とする。また、アルミニウム板あるいはアルミニウムにマンガン、シリコン、マグネシウムなどを添加したＪＩＳ Ｈ ４０００記載のアルミニウム合金板の表面に酸化被膜を形成した後、あるいは酸化被膜を形成せずに本発明の導電性被膜を被覆しても良い。この場合、導電性被膜の下層に上記ジルコニウム系の化成処理を設けても良い。導電性皮膜は、アクリル樹脂、ウレタン樹脂、ポリエステル樹脂、アクリル変性ポリエステル樹脂、ウレタン変性ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂などの水系樹脂の単独溶液またはこれらの水系樹脂の２種以上からなる混合溶液に導電性微粒子を分散させたものを、上記の暗色めっき鋼板上に塗布し乾燥することにより形成させる。水系樹脂溶液としてはエマルジョンタイプやディスパージョンタイプのものがあるが、導電性微粒子を均一に分散させる観点からディスパージョンタイプの水系樹脂を用いることが好ましい。樹脂濃度としては固形部分として１０〜５０％であることが好ましい。

これらの水系樹脂溶液に含有させる導電性微粒子として、微細金属粉や導電性プラスチックに用いられる導電性フィラーも検討したが、微細金属粉は比重が大きく樹脂溶液中の均一な分散が困難であるので、本発明においては導電性微粒子として、天然黒鉛、人造黒鉛、カーボンブラック、アセチレンブラック、ケッチェンブラックなどの粒径が２０〜１００ｎｍの微細な炭素質を用いることがより好ましい。これらの炭素質は固形分として２０〜５０％含有する水分散液として水系樹脂溶液に含有させるが、含有量としては樹脂濃度にもよるが、樹脂１００重量部に対して炭素質５〜３０重量部であることが好ましい。
５重量部未満では皮膜の導電性が乏しく、溶接性が不良となる。３０重量部を超えると皮膜の可撓性が乏しくなり、曲率半径の小さな折り曲げ加工を施した場合に、皮膜にクラックが生じやすくなる。また、皮膜の耐食性や耐疵付性を向上させるためにシリカを含有させてもよいし、皮膜の滑り性を向上させるために４フッ化フルオロエチレンやポリエチレンワックスなどの潤滑剤を含有させてもよいし、密着性を向上させるためにシランカップリング剤を含有させてもよい。

このようにして水系樹脂水溶液に炭素質、または必要に応じてさらにシリカ、フッ化物、ワックス、シランカップリング剤などを含有させてなる溶液を、ロールコート法、スプレーコート法、浸漬コート法などいずれかの公知の塗布方法を用いて上記の暗色めっき鋼板表面に塗布し乾燥して導電性皮膜を形成させる。乾燥後の導電性皮膜の厚さは０．５〜８μｍであることが好ましい。０．５μｍ未満では十分な耐食性が得られない。一方、８μｍを超えるとコスト上のメリットが失われるだけでなく、十分な溶接性が得られない。

上記のようにして得られる本発明の導電性皮膜被覆鋼板は、ＪＩＳ Ｋ ７１９４に準拠して測定する導電性皮膜の体積抵抗率が１０^３〜１０^６Ω・ｃｍであることが好ましい。
また、それぞれ２ｍｍ径の２本の電極に３．５ｇの荷重を負荷し、４５０Ｖの電圧を印加して測定する２端子法による抵抗値が１０^−２〜１０^６Ωであることが好ましい。さらに、ＪＩＳ Ｋ ７１９４に基づく４探針法による抵抗値が１０^−５〜１０^−１Ωであることが好ましい。これらの体積抵抗率や抵抗値がそれぞれの好適範囲の上限を超える場合は、皮膜全体および皮膜表面において優れた導電性が得られず、溶接性や帯電防止性が不良となる。一方、体積抵抗率や抵抗値がそれぞれの好適範囲の下限を超える場合は、導電性皮膜中の炭素質含有量が過多になり、皮膜が脆化して曲率半径の小さな折り曲げ加工を施した場合に、皮膜にクラックが生じやすくなる。

さらに、本発明の導電性皮膜被覆鋼板は、Ｌ^＊値が３０以下であること、またグロス値が２５以下であることが好ましい。Ｌ^＊値およびグロス値をこれらの好適範囲とすることにより、放射率を０．５以上とすることが可能となり、発熱体を有する機器の外装材に適用した場合に優れた放熱性が得られる。例えば、ＰＤＰ（Plasma Display Panel）の背面ガラスを固定して背面ガラスの強度を補強したりするＰＤＰの固定板では、シールド性と放熱性が要求され、ＰＤＰの固定板として適用できる。

さらに、導電性を損なわない範囲で水系樹脂、シリコン樹脂などをトップコートとして導電性皮膜上に被覆して、耐食性、耐疵付性、耐摩耗性、滑り性、撥水性、耐熱性、光沢性などを向上させてもよい。

さらに、導電性被膜やトップコートを形成した後、導電性皮膜被覆鋼板を１２０〜２５０℃に加熱することにより、導電性皮膜の鋼板との密着性、皮膜強度、耐食性、耐溶剤性、耐アルカリ性などを向上させることができる。

以下、実施例を示して本発明をさらに詳細に説明する。
[供試板の作成］
冷延鋼板（板厚０．３ｍｍ）をめっき基板として、アルカリ液中で電解脱脂し、次いで硫酸酸洗して水洗した後、下記に示すめっき浴を用いて表１に示すめっき量を有するめっき層を形成させた。Ｚｎ−Ｃｏ−Ｍｏ合金めっきの場合は、めっき浴中の光沢剤（有機窒素化合物）の含有量を変化させてＺｎ−Ｃｏ−Ｍｏ合金めっき層を形成させた。次いで下記に示すジルコニウム系の化成処理溶液を用いてめっき層上に表１に示す皮膜量の化成処理皮膜層を形成させ、めっき番号Ａ１〜Ａ１０で示す樹脂皮膜被覆下地めっき鋼板とした。

＜Ｚｎ−Ｃｏ−Ｍｏ合金めっき浴＞
浴組成 硫酸亜鉛 ２３０ｇ／Ｌ
硫酸コバルト ３０ｇ／Ｌ
モリブデン酸アンモニウム ０．０５ｇ／Ｌ
硫酸アンモニウム ３５ｇ／Ｌ
硫酸ナトリウム ２５ｇ／Ｌ
光沢剤（有機窒素化合物） ０〜３ｍＬ／Ｌ
浴温度 ４０℃
ｐＨ ２．７〜３．７
電流密度 ２０Ａ／ｄｍ^２

＜Ｚめっき浴＞
浴組成 硫酸亜鉛 ２２０ｇ／Ｌ
硫酸ナトリウム ５０ｇ／Ｌ
浴温度 ４０℃
ｐＨ １．０
電流密度 ２０Ａ／ｄｍ^２

＜Ｓｎめっき浴＞
浴組成 硫酸錫 ８０ｇ／Ｌ
フェノールスルホン酸 ６０ｇ／Ｌ
エトキシ化α−ナフトール ６ｇ／Ｌ
浴温度 ４０℃
ｐＨ １．２
電流密度 １０Ａ／ｄｍ^２

＜Ｎｉめっき浴＞
浴組成 硫酸ニッケル ３００ｇ／Ｌ
塩化ニッケル ４５ｇ／Ｌ
ホウ酸 ４５ｇ／Ｌ
硫酸ナトリウム ２５ｇ／Ｌ
浴温度 ６０℃
ｐＨ ４．３
電流密度 １０Ａ／ｄｍ^２

＜ジルコニウム系化成処理溶液＞
浴組成 パーレン（日本パーカライジング(株)製） ７．５重量％
浴温度 ４０℃

次いでディスパージョンタイプの水系ウレタン樹脂（固形分４５％）の単独溶液、この水系ウレタン樹脂の単独溶液にカーボンブラック、シリカ、４フッ化フルオロエチレンのいずれか１種または２種以上を含有させてなる溶液、この水系ウレタン樹脂と水系アクリル変性ポリエステル樹脂（固形分４０％）を体積率１：１で混合した溶液にカーボンブラック、シリカ、４フッ化フルオロエチレンのいずれか１種または２種以上を含有させてなる溶液、この水系ウレタン樹脂と水系ウレタン変性ポリエステル樹脂（固形分４０％）を体積率１：１で混合した溶液にカーボンブラック、シリカ、４フッ化フルオロエチレンのいずれか１種または２種以上を含有させてなる溶液のいずれかを表１に示した樹脂皮膜被覆下地めっき鋼板にロールコートし、次いでスチームドライヤーを用いて急速加熱乾燥し、さらに誘導加熱オーブン中で１８０℃に加熱し、表２に示す皮膜組成と皮膜厚さを有する導電性皮膜を形成させて試料番号１〜２０で示す供試板を作成した。

[特性評価]
以上のようにして作成した試料番号１〜２０で示す供試板の特性を、以下のようにして評価した。

＜体積抵抗率＞
低抵抗率計（ロレスタ G P ＭＣＰ−Ｔ６００、三菱化学（株）製）を用い、ＪＩＳ Ｋ ７１９４に準拠して樹脂皮膜の抵抗値を測定し、下記の基準で体積抵抗率を評価した。下記評価基準で◎と○を合格とした。
◎：体積抵抗率≦１０^５Ω・ｃｍ
○：体積抵抗率＞１０^５Ω・ｃｍでかつ≦１０^６Ω・ｃｍ
×：体積抵抗率＞１０^６Ω・ｃｍ

＜２端子法による抵抗値＞
テスター（３０２０ ＳＯＡＲ（株）製）を用い、最大４５０Ｖの電圧を印加して樹脂被覆鋼板の抵抗値を測定し 、下記の基準で抵抗値を評価した。下記評価基準で◎と○を合格とした。
◎：抵抗値≦１０^４Ω
○：抵抗値＞１０^４Ωでかつ≦１０^６Ω
×：抵抗値＞１０^６Ω

＜４探針法による抵抗値＞
低抵抗率計（ロレスタ G P ＭＣＰ−Ｔ６００、三菱化学（株）製）を用い、ＪＩＳ Ｋ ７１９４に準拠して樹脂被覆鋼板の抵抗値を測定し、下記の基準で体積抵抗率を評価した。下記評価基準で◎と○を合格とした。
◎：抵抗値≦１０^−３Ω
○：抵抗値＞１０^−３Ωでかつ≦１０^−１Ω
×：抵抗値＞１０^−１Ω

＜Ｌ^＊ 値＞
供試板の表面を分光測色計（ＭＯＤＥＬ ＣＭ−３５００ｄ ミノルタ(株)製）を用いてＬ^＊ 値を測定し、下記の基準でＬ^＊ 値を評価した。下記評価基準で◎と○を合格とした。
◎：Ｌ^＊ 値≦２０
○：Ｌ^＊ 値＞２０でかつ≦３０
×：Ｌ^＊ 値＞３０

＜グロス値＞
供試板の表面をデジタル変角光沢計（スガ試験器（株）製）を用いてグロス値を測定し、下記の基準でグロス値を評価した。下記評価基準で◎と○を合格とした。
◎：グロス値≦１５
○：グロス値＞１５でかつ≦２５
×：グロス値＞２５

＜熱放射性＞
放射率計（ＡＥＲＤ放射率計（ＤＥＶＩＣＥＳ ＆ ＳＥＲＶＩＣＥＳ ＣＯＭＰＡＮＹ製））を用いて供試板の放射率を測定し、下記の基準で熱放射性を評価した。熱放射性は熱放射率が０．５以上（下記評価基準で◎と○に相当する）を合格とした。
◎：放射率≧０．６
○：放射率≧０．５でかつ＜０．６
×：放射率＜０．５

＜加工密着性＞
７２時間の塩水噴霧試験（ＳＳＴ）を施した供試板に張出高さ１０ｍｍでエリクセン張出加工を施し、突出部にスコッチテープを貼付けて強制剥離した後の黒色皮膜の剥離の有無を肉眼観察し、下記の基準加工密着性を評価した。
○：剥離は認められない
×：剥離が認められる。
これらの特性評価結果を表３に示す。

本発明の導電性皮膜被覆鋼板は、めっきを施した鋼板に、炭素質を分散させた水系樹脂を塗布し乾燥して０．５〜８μｍの薄膜の導電性皮膜を被覆したものであり、皮膜中に炭素質を多量に含有しているので、皮膜全体および皮膜表面において優れた導電性を示す。また薄膜でも十分な黒色を呈するために放射率が０．５以上と高く、優れた熱放射性を示す。そのため、溶接性、帯電防止性、放熱性などを要求される用途に好適に適用することができる。特に、熱放熱性、シールド性が要求されるＬＣＤ（Liquid Crystal Display）のバックライトシャーシやＰＤＰ（Plasma Display Panel）の固定板、カーナビあるいはカーステレオなどの電子機器の筐体に適用できる。また、リアプロジェクションテレビ及びＬＣＤの光を反射しないで吸収する光学部品にも適用できる。更に、放熱性とシールド性が要求される電子機器に設けられたＩＣ基板の放熱板として適用もできる。液晶プロジェクターやリアプロジェクションテレビなどの映像機器、あるいはスキャナーの情報読取部近辺の光反射防止板及び放熱板にも適用できる。

Claims (9)

1. 鋼板上に下から順に、めっき層、化成処理皮膜層、体積抵抗率が１０^３〜１０^６Ω・ｃｍである導電性皮膜を形成してなる導電性皮膜被覆鋼板。
2. 前記めっき層が、Ｚｎめっき、Ｓｎめっき、Ｎｉめっき、Ｚｎ−Ｃｏ−Ｍｏ合金めっきのいずれかである、請求項１に記載の導電性皮膜被覆鋼板。
3. 前記導電性皮膜表面の２端子法による抵抗値が１０^−２〜１０^６Ωである、請求項１または２に記載の導電性皮膜被覆鋼板。
4. 前記導電性皮膜のＪＩＳ Ｋ ７１９４に基づく４探針法による抵抗値が１０^−５〜１０^−１Ωである、請求項１〜３のいずれか１項に記載の導電性皮膜被覆鋼板。
5. Ｌ^＊値が３０以下である、請求項１〜４のいずれか１項に記載の導電性皮膜被覆黒色鋼板。
6. グロス値が２５以下である、請求項１〜５のいずれか１項に記載の導電性皮膜被覆鋼板。
7. 放射率が０．５以上である、請求項１〜６のいずれか１項に記載の導電性皮膜被覆鋼板。
8. 前記導電性皮膜が、炭素質を分散させてなる水系樹脂を塗布し乾燥して得られることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか１項に記載の導電性皮膜被覆鋼板。
9. アルミニウム板（アルミニウム合金板を含む）上に、体積抵抗率が１０³〜１０⁶Ω・ｃｍである導電性皮膜を形成して成る導電性皮膜被覆アルミニウム板